【手続補正書】
【提出日】平成18年1月17日(2006.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】固体撮像装置とその駆動方法およびそれらを備えたカメラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像装置が知られており、この固体撮像装置から得た映像信号を静止画像として表示するディジタルスチルカメラ等のカメラが知られている。近年では、このような固体撮像装置を用いたカメラは、画質および機能のさらなる向上が要望され、画素の高密度化が進んでいる。
【０００３】
このような固体撮像装置において、映像信号の出力スピードを向上させるために、信号電荷を読み出す画素を間引くことにより出力映像信号中の画素数を減らす駆動方法が、従来から提案されている。例えば特許文献１には、例えば水平方向３画素を１ブロックとして、各ブロックにおける中央画素を除く２画素（両端の２画素）の信号電荷を固体撮像装置内で混合すると共に、ブロックの中央の１画素の信号電荷を、隣接するブロックの中央の１画素の信号電荷と混合することにより、固体撮像装置からの出力映像信号における水平方向の画素数を削減する駆動方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２３４６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水平方向における１／３間引きの際に、全画素出力時のサンプリング周波数の３分の１の成分が信号のＤＣ成分に折り返されて加わるが、上述した従来の駆動方法による固体撮像装置では、サンプリング周波数の３分の１の成分が０ではない（図４４参照）。これにより、モワレの発生や、偽信号の発生などにより、出力映像信号の画質が劣化するという問題を有していた。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決するために、少なくとも水平方向の画素数を削減できる固体撮像装置であって、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、これらの問題を解決するに当たって水平方向に信号電荷を混合するためには、各垂直転送列ごとに別々の転送パルスを印加できる構成にする必要があり、転送パルス数、端子数の増大を招いていた。
【０００７】
本発明はかかる点をも鑑み、増加する転送パルス数と端子数を最小限に抑えながら、良好な信号電荷の混合構成を持つ固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置は、２次元状に複数個配列され光電変換した信号電荷を蓄積する受光素子と、垂直転送電極を上部に配し前記受光素子に蓄積された信号電荷を受け垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像素子であって、前記垂直転送部はｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立に配線された単独トランジェント電極を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる固体撮像装置は、２次元状に複数個配列され光電変換した信号電荷を蓄積する受光素子と、垂直転送電極を上部に配し前記受光素子に蓄積された信号電荷を受け垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像素子であって、前記垂直転送部は前記１受光素子当たり２枚の転送電極を備え、２ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立に配線された単独トランジェント電極を備えること特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる固体撮像装置の駆動方法は、２次元状に複数個配列され光電変換した信号電荷を蓄積する受光素子と、垂直転送電極を上部に配し前記受光素子に蓄積された信号電荷を受け垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像素子であって、前記垂直転送部は前記１受光素子当たり２枚の転送電極を備え、２ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立に配線された単独トランジェント電極を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記島状孤立電極に転送パルスを印加し、該当する垂直転送部に存在する信号電荷を水平転送部に転送する期間は、前記単独トランジェント電極には電荷を蓄積しない電圧を印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明によれば、少なくとも水平方向の画素数を削減することにより、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置であって、良好な信号電荷の混合構成を持つ固体撮像装置提供できる。同時に信号電荷の混合構成を形成するときに増加する転送パルス数と端子数を最小限に抑え、製造コストの上昇を抑制することのできる固体撮像装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明にかかる固体撮像装置は、２次元状に複数個配列され光電変換した信号電荷を蓄積する受光素子と、垂直転送電極を上部に配し前記受光素子に蓄積された信号電荷を受け垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像素子であって、前記垂直転送部はｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立したに配線された単独トランジェント電極を備える構成である（第１の構成）。
【００１３】
また、本発明にかかる固体撮像装置は、２次元状に複数個配列され光電変換した信号電荷を蓄積する受光素子と、垂直転送電極を上部に配し前記受光素子に蓄積された信号電荷を受け垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像素子であって、
前記垂直転送部は前記１受光素子当たり２枚の転送電極を備え、２ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立に配線された単独トランジェント電極を備える構成である（第２の構成）。
【００１４】
本発明の固体撮像装置における垂直転送部は、２次元配列の画素に対応する例えばフォトダイオードなどの光電変換部と複数の垂直転送段からなる垂直ＣＣＤによって構成されていても良いし、受光機能を有し複数の垂直転送段からなる垂直ＣＣＤによって構成されていても良い。
【００１５】
上述の第１もしくは第２の構成によれば、垂直最終段中同一垂直転送部に該当する島状孤立電極に一連の駆動パルスを独立に印加することで、垂直転送部毎に任意に信号電荷を垂直転送部に転送することができる。このときに、単独トランジェント転送電極が補助となって、島状孤立電極の必要電極枚数を削減する効果を持つ。
【００１６】
また、垂直最終段から水平転送部への転送と、水平転送部による水平方向への転送とを組み合わせれば、画素出力の並べ替えや混合が任意に可能となる。
【００１７】
なお、垂直転送部および水平転送部の転送動作は、これらにそれぞれ設けられた転送電極へ所定の制御信号を与えることにより制御される。この制御信号を送出するための手段（制御部）は、固体撮像装置の外部にあっても良いし、固体撮像装置と一体に設けられていても良い。
【００１８】
本発明にかかる固体撮像装置において、垂直転送部は転送電極長の長い第１の転送電極と、転送電極長の短い第２の転送電極を備え、前記島状孤立転送電極は前記第１の転送電極から成ることが好ましい（第３の構成）。これにより、製造上、金属配線から島状孤立電極へコンタクトレイアウトが行いやすくなり、歩留向上をもたらす。
【００１９】
第１の転送電極は多層電極構造の上層に有る方が、コンタクト形成が容易であるが、特にこれに限定するものでなく下層に有っても良く、この場合は上層側に電極長の短い島状孤立電極があっても、コンタクトが形成できるレイアウトが得られるため、島状孤立電極の構成に自由度が増大する。
【００２０】
また、前記垂直最終段中の転送電極であって、転送電極長が他の単位垂直転送段にある繰り返しの転送電極長と異なる転送電極を備えることも好ましく（第４の構成）、これにより、垂直最終段中の蓄積電極数が他の単位垂直転送段中の蓄積電極数より減少しても、転送容量を確保することができる。なお、電極長が長い分は内部にポテンシャル段差を設け、転送効率の劣化を防止することが望ましい。
【００２１】
また、前記垂直最終段は垂直転送段の電極枚数とは異なる数の転送電極を備えていても良く（第５もしくは第６の構成）、これにより、垂直最終段中の蓄積電極枚数を調整することができ、転送容量が必要なときには電極枚数を増加する切替を行うことができる。
【００２２】
また、本発明にかかる固体撮像装置は、２次元状に複数個配列され光電変換した信号電荷を蓄積する受光素子と、垂直転送電極を上部に配し前記受光素子に蓄積された信号電荷を受け垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置であって、前記垂直転送部は前記１受光素子当たり３枚の転送電極を備え、３ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立に配線された単独トランジェント電極を備える構成でもよい（第７の構成）。
【００２３】
また、前記垂直転送部は前記１受光素子当たり４枚の転送電極を備え、４ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、
前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立に配線された単独トランジェント電極を備える構成でも良い（第８の構成）。
【００２４】
これら、第７、第８の構成によれば、１受光素子当たりの転送電極数が３枚以上有るため、同時に全画素を独立に信号出力ができ画像処理の効率を上げることができる。
【００２５】
なお、本発明の固体撮像装置の第１から第８の構成において、島状孤立電極以外の共通転送電極は、単独トランジェント電極を含めて、水平方向に転送電極同士が電気的につながっているが、電極を形成する素材と同一の材料で形成されていても良いし、別材料を介して結合していても良い。
【００２６】
すなわち、例えばポリシリコンなどの電極材料と同一材料で形成すれば、製造上の容易さという利点がある。
【００２７】
また、共通転送電極における水平方向の電気的結合が、抵抗の低い金属材料等から構成されていれば、抵抗による遅延を防止することができ、垂直転送の周波数特性を改善する利点が得られる。
【００２８】
本発明にかかる固体撮像装置の駆動方法は、２次元状に複数個配列され光電変換した信号電荷を蓄積する受光素子と、垂直転送電極を上部に配し前記受光素子に蓄積された信号電荷を受け垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備える固体撮像素子の駆動方法であって、前記垂直転送部は前記１受光素子当たり２枚の転送電極を備え、２ｎ個（ｎは１以上の整数）の前記転送電極を１転送段として繰り返し転送する単位垂直転送段を備え、前記水平転送部に隣接した少なくとも単位垂直転送段を有する垂直最終段において、ｍ個（１≦ｍ＜ｎ；ｍは整数）の転送電極はそれぞれ独立に配線される島状孤立電極であり、前記島状孤立電極より水平転送部から遠い側に、前記垂直最終段以外の前記単位垂直転送段中の転送電極とは独立に配線された単独トランジェント電極を備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記島状孤立電極に転送パルスを印加し、該当する垂直転送部に存在する信号電荷を水平転送部に転送する期間は、前記単独トランジェント電極には電荷を蓄積しない電圧を印加することを備える（第９の構成）。
【００２９】
上述の第９の構成によれば、垂直最終段中同一垂直転送部に該当する島状孤立電極に一連の駆動パルスを独立に印加することで、垂直転送部毎に任意に信号電荷を垂直転送部に転送することができる。このときに、島状孤立電極以外の電極は、他の単位垂直転送段と共通の駆動パルスを印加するため、垂直最終段中の転送が他の単位垂直転送段に影響するが、単独トランジェント電極が補助となって、島状孤立電極の必要電極枚数を最小限に抑制する効果を持つ。
【００３０】
また、受光素子からの信号電荷を出力する複数の転送方式があり、方式により、前記単独トランジェント電極に印加する転送パルスを前記垂直最終段以外の前記転送段に存在する転送電極と同一の転送パルスを印加することが望ましく（第１０の構成）、方式により、前記島状孤立電極に印加する転送パルスを前記垂直最終段以外の前記転送段に存在する転送電極と同一の転送パルスを印加することが望ましい（第１１の構成）。この駆動方法の切替により、水平に画素混合を行うか否かを変更することができる。
【００３１】
なお、本発明の第１の構成にかかる固体撮像装置は、（ｅ１）水平方向においてｋ個の画素から選択的に１個以上ｋ−１個以下の画素の信号電荷を水平転送部へ転送し、（ｅ２）水平転送部の信号電荷を順方向あるいは逆方向に少なくとも１画素分転送し、（ｅ３）前記ｅ１およびｅ２の転送を繰り返すことにより、ｋ個の画素の信号電荷を水平転送部へすべて転送する構成とすることも好ましい。
【００３２】
さらに、上記の構成において、（ｅ４）前記ｅ３の後、全列の信号電荷を水平転送部側へ一段転送し、（ｅ５）前記ｅ４の転送により垂直最終段に移動した信号電荷に対して、前記ｅ１〜ｅ３の転送を行い、前記ｅ４およびｅ５を繰り返すことにより、ｎ段分の信号電荷を水平転送部へすべて転送する構成とすることもより好ましい。
【００３３】
また、本発明の第１の構成にかかる固体撮像装置は、前記ｋ列のうち一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての列の垂直最終段において、他の列とは独立して設けられた転送電極を当該他の列とは独立して駆動することにより水平ｋ個の画素混合を行うモードと、前記転送電極を他の列と同様に駆動することにより画素混合を行わないモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられることが好ましい。画素混合を行わずに高解像度な画像出力モードと、画素混合を行うことにより高感度かつ高フレームレートの画像出力モードとの切り替えが可能となるからである。
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる固体撮像装置の電極構造を示したものであり、図２７に概略構成を示した固体撮像装置のものである。以下、図２７の概略構成の説明から順に説明を行う。
【００３６】
図２７に、本実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示す。本実施形態の固体撮像装置１は、全画素同時独立読み出し方式を採用し、画素に対応して二次元状に配列された光電変換部２と、垂直転送部３と、水平転送部４とを備えている。垂直転送部３および水平転送部４のそれぞれは、ＣＣＤにより構成される。光電変換部２としては、フォトダイオードが用いられる。光電変換部２の各々には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルタが配置されている。本実施形態では、垂直・水平方向共に２画素おきにＲＧＢのそれぞれのフィルタが周期的に配置されている。例えば、図２７に示すように、垂直方向２画素×水平方向２画素の計４画素を単位とすれば、左下の画素がＲ、右下および左上の画素がＧ、右上の画素がＢとなるように、カラーフィルタが配置されている。なお、垂直転送部３および水平転送部４の転送電極へ、図示しない制御部から制御信号が送られることにより、固体撮像装置１の動作が制御される。前記の制御部は、固体撮像装置１の外部に設けられており、信号線により固体撮像装置１に接続されている。あるいは、固体撮像装置１と一体的に形成されていても良い。
【００３７】
本実施形態では、垂直転送部３は、垂直方向における光電変換部２の３行分を、一つの転送段とする。このような構成とすることにより、垂直転送部３内で、１画素おきの３行分の画素を加算できる。また、転送段の容量を大きくできるという利点もある。
【００３８】
ここで、固体撮像装置１における水平方向の画素混合動作について説明する。
【００３９】
固体撮像装置１は、制御部（図示せず）が垂直転送部３および水平転送部４の転送動作を制御することにより、水平方向における１画素おきの３画素ごとの信号電荷を混合し、水平方向の画素数を１／３に削減する。図２８に、信号電荷を混合する画素の組み合わせを示す。なお、混合される画素の組み合わせを、以下、混合画素群と称する。図２８において、Ｒｘｙのように示した記号において、Ｒ、Ｇ、Ｂは当該画素のフィルタの色を表し、ｘは当該画素の垂直位置（水平転送部４に近い方から第１段，第２段，・・・とする）、ｙは混合画素群における当該画素の位置（水平転送部４の出力側に近い方から第１番目、第２番目、・・・とする）をそれぞれ表すものとする。
【００４０】
図２８に示すように、固体撮像装置１は、例えば、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３のように、１画素おきに３つずつの緑の画素を、第１の混合画素群とする。さらに、この第１の混合画素群によって生成される混合画素の重心と等間隔になるように、青の画素による混合画素群が決定されている。すなわち、第１の混合画素群のＧ１２とＧ１３との間のＢ１１と、このＧ１３と隣りの混合画素群のＧ１１との間の画素であるＢ１２と、隣の混合画素群のＧ１１とＧ１２との間の画素であるＢ１３との３つの画素を、第２の混合画素群とする。このように、水平方向において交互に配置された二色の画素を、１画素おきに３つずつ組み合わせて混合することにより、混合後の各色の画素重心が等間隔となるので、モワレや偽信号が生じない。
【００４１】
次に、図２８に示す組み合わせで画素混合を行うための固体撮像装置１の駆動手順について、図２９〜図３９の状態遷移図を用いて説明する。
【００４２】
固体撮像装置１の垂直転送部３は、３列単位に構成されている。図２９〜図３９では、水平転送部４の信号電荷は向かって左側に出力されるものとし、この３列単位の垂直転送部３のそれぞれを、水平転送部４の出力側に近い方から順に、第１列、第２列、第３列とする（図中では、１列、２列、３列と表記する）。また、垂直転送部３において、水平転送部４に最も近い転送段を、以下、垂直最終段と称する。
【００４３】
上記３列単位に構成された垂直転送部３の垂直最終段のうち、第２列および第３列の垂直最終段は、同じ列の他の転送段並びに他の列の垂直最終段のいずれとも別個に独立して転送を行えるようにそれぞれ構成されている。すなわち、第１列および第３列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、第２列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部４へ転送することができる。また、第１列および第２列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、第３列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部４へ転送することができる。なお、このような転送を実現するための、垂直転送部３の具体的な電極構造例については後述する。
【００４４】
まず、図２９に示すように、３列単位の垂直最終段のうち、第２列の垂直最終段のみを駆動することにより、図２９中に矢印で表したように、この第２列の垂直最終段のみの信号電荷を、水平転送部４へ転送する。
【００４５】
次に、図３０に示すように、水平転送部４の信号電荷を、順方向へ２画素分だけ転送する。
【００４６】
次に、図３１に示すように、３列単位の垂直最終段のうち、第３列の垂直最終段のみを駆動することにより、図３１中に矢印で表したように、この第３列の垂直最終段のみの信号電荷を、水平転送部４へ転送する。
【００４７】
これにより、図３２に示すように、Ｇ１２とＧ１３、および、Ｂ１２とＢ１３の２画素ずつの信号電荷が、水平転送部４内でそれぞれ混合されることとなる。そして、さらに、図３２に示すように、水平転送部４の信号電荷を、順方向へ２画素分だけ転送する。
【００４８】
次に、図３３に示すように、全ての垂直転送部３に１段分の垂直転送を行わせることにより、図３４に示すように、Ｇ１１とＧ１２とＧ１３の３画素の信号電荷、および、Ｂ１１とＢ１２とＢ１３の信号電荷が、水平転送部４内でそれぞれ混合される。このように、同じ段における二色の画素が、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで混合されるので、水平方向における画素数が１／３に削減されることとなる。また、図３４から分かるように、緑の混合画素と青の混合画素が等間隔になるので、モワレや偽信号が生じない。
【００４９】
さらに、図３４に示した状態から、図２９〜図３３に示した動作と同じ転送動作を繰り返すことにより、図３４に示した状態において垂直最終段にあった信号電荷が、図３５に示すように、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで、水平転送部４内で混合される。
【００５０】
さらに、図３５に示した状態から、図２９〜図３３に示した動作と同じ転送動作を繰り返すことにより、図３５に示した状態において垂直最終段にあった信号電荷が、図３６に示すように、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで、水平転送部４内で混合される。これにより、図２８にａで示した３段分の全画素の信号電荷が、水平転送部４へ転送されたこととなる。
【００５１】
次に、図３７に示すように、水平転送部４内の信号電荷を順次出力することにより、固体撮像装置１から、３行分の信号電荷が、水平方向の画素数が１／３に削減された状態で出力される。
【００５２】
この後、上述と同様の転送動作を繰り返すことにより、図２にｂで示した３段分の全画素の信号電荷が、図３８に示すような状態で水平転送部４へ転送され、図３９に示すように、水平転送部４から順次出力される。
【００５３】
上述のように、固体撮像装置１の水平転送部４から出力される画像信号は、画素が１次元に配置されたものであるので、この信号を元の２次元配列に戻すために、固体撮像装置１の外部の画像処理装置において、水平転送部４からの出力信号を２次元的に再配置する処理が行われる。
【００５４】
例えば、図２８にａおよびｂで示した３段分の画素が、それぞれ、図４０（ａ）に示すような順序で水平転送部４から出力されるものとする。なお、図４０（ａ）において、ダミーと表記されている部分は、垂直ＣＣＤ部３の周辺部に位置する画素であって、３画素分の信号電荷が混合されていないものを指す。また、図４０（ａ）および（ｂ）に示したａ７〜ａ１２、ａ１３〜ａ１８、ｂ７〜ｂ１２、ｂ１３〜ｂ１８は、図３７および図３９にそれぞれ示したａ１〜ａ６およびｂ１〜ｂ６の繰り返しであるが、２次元配置した後の位置を分かりやすくするために、添え字を変更したものである。また、図４０（ｂ）のように配置された混合画素の色を、図４０（ｃ）にＲＧＢの記号で示した。
【００５５】
図４０（ｃ）から分かるように、固体撮像装置１によれば、水平方向の画素数を１／３に削減した後も、画素の配置は元のとおりに保たれる。従って、画質を劣化させることなく、固体撮像装置１からの映像信号の出力スピードを向上させることができる。
【００５６】
なお、図４１に示すように、水平方向に１画素おきの３画素を、垂直方向に１行おきの３行分、合計９画素を一つの混合画素群とすれば、全てのフォトダイオードの信号画素を捨てずに混合できるので、感度を向上させることができ、好ましい。この場合、ＲＧＢのそれぞれについての混合画素群の重心は、図４１に示したように、等間隔となる。従って、解像度が高くモワレが少ない画像を得ることができる。
【００５７】
この場合、垂直方向において１行おきの３行分の信号電荷を混合する方法は、例えば、以下のとおりである。
【００５８】
（１）まず、２行おきの１／３の画素の信号電荷を垂直転送部３へ読み出し、２画素分垂直転送する。
【００５９】
（２）次に、前回読み出した画素から順方向に２画素目の画素の信号電荷を垂直転送部３へ読み出し、前回読み出した画素と混合し、２画素分垂直転送する。
【００６０】
（３）さらに、残りの画素の信号電荷を垂直転送部３へ読み出し、１画素おきの３画素の信号電荷を混合する。
【００６１】
なお、垂直転送段を３画素分とする電極構造（６相）の場合、上記動作が可能である。また、垂直転送段を２画素分とする電極構造（４相）の場合、３段を１単位として、含まれる６画素に対応する読み出し電極をすべて独立にする必要があるため、電極の総数は８相必要である。
【００６２】
例えば、図４２に示すように、図４１に示した９画素から、垂直方向における真ん中の行を間引いた、合計６画素を一つの混合画素群としても良い。この場合も、ＲＧＢのそれぞれについての混合画素群の重心が等間隔となるので、解像度が高くモワレが少ない画像を得ることができる。
【００６３】
また、図４３に示すように、垂直方向における３行中の２行を間引き、水平方向における３画素のみを一つの混合画素群としても良い。
【００６４】
前述したように、行を間引くことによって垂直方向の画素数も削減することにより、さらに信号出力スピードを向上させることも可能である。垂直方向の画素数を削減する方法としては、例えば、画素を構成するフォトダイオードから垂直転送部３へ信号電荷を読み出す際に、不要な行の電荷を読み出さずにフォトダイオードに蓄積したままにしておくことにより、読み出さなかった行の画素を間引く方法がある。この場合、読み出されなかった信号電荷は、フォトダイオードから基板等に排出する構成とすれば良い。
【００６５】
ここで、上述した駆動を実現するための本発明第１の実施形態の電極構造例を、図１に示す。図１に示す電極構造は、垂直転送部３の垂直転送段の各々を、Ｖ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成したものである。ただし、垂直最終段のみは、他の垂直転送段と電極構造が異なっている。すなわち、垂直最終段の第２列は、他の垂直転送段並びに垂直最終段における他の列（第１列および第３列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極とは異なる島状孤立電極（Ｖ３２、Ｖ５２）により構成されている。また、垂直最終段の第３列は、他の垂直転送段並びに垂直最終段における他の列（第１列および第２列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極並びに第２列の島状孤立電極のいずれとも異なる島状孤立電極（Ｖ３３、Ｖ５３）により構成されている。なお、垂直最終段の第１列は、他の垂直転送段と同様に、Ｖ１〜Ｖ６の共通電極により構成されている。そして、垂直最終段の６枚の電極中、水平転送部４から島状孤立電極より遠い側にあり６枚目に当たる第１相相当は、他の垂直転送段の第１相とは独立した転送動作を行うために形成されている単独トランジェント電極１００である。
【００６６】
あるいは、図２に示すように、垂直最終段の第１列も、第３相および第５相を島状孤立電極（Ｖ３１、Ｖ５１）により構成しても良い。この構成を採用した場合、図３３に示した状態では全ての垂直転送部３に同時に転送動作を行わせたところを、第１列のみに転送動作を行わせてから、全垂直転送段による１段転送を行うようにしても良い。
【００６７】
図３から図８は単独トランジェント電極１００を備えた本発明の垂直転送部各列の電荷転送を具体的に示した図である。図３から図５は垂直転送部の第１列から第３列を同時に示したもので、垂直転送部３列共が水平転送部に転送されるまでの前ステップを紙面の関係で３つに分割して表している。図６から図８はそれを各列毎に示したものである。いずれの図においても信号電荷が各転送のステップ毎に６相ある電極のうちどこに存在するかを示している。
【００６８】
図３において初期ステップ（ステップ０）では、共通電極Ｖ１〜Ｖ４と島状孤立電極Ｖ３２、Ｖ３３と単独トランジェント電極ＶＴがハイレベルで蓄積電極となり、他の電極はローレベルでバリア電極となっており、各列の信号電荷はこれらのハイレベルの４電極下に存在することを示す。
【００６９】
ステップ１にて電極Ｖ５２がハイレベルになり、第２列の垂直最終段にある信号電荷がＶＴ、Ｖ２、Ｖ３２、Ｖ４、Ｖ５２の５電極下に存在することを示す。
【００７０】
ステップ２にて電極ＶＴがハイレベルからローレベルになり、垂直最終段第２列の信号電荷はＶ２、Ｖ３２、Ｖ４、Ｖ５２の４電極下に移動し、垂直最終段のその他の列の信号電荷は、Ｖ２、Ｖ３３、Ｖ４もしくは、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の３電極下に存在することを示す。
【００７１】
図３から図５によれば以下同様に垂直最終段の各列の信号電荷が独立に水平転送部に転送されていく様子がわかる。
【００７２】
このとき、信号電荷は垂直最終段にては最低２電極下に蓄積されるタイミングが存在し、その他の単位垂直転送段にては途中分割されるタイミングが存在するが、必ず単位垂直転送段に４電極以上の電極下に蓄積されるタイミングの集成となっている。
【００７３】
図１１は単独トランジェント電極ＶＴが存在しない例を示した電極構成図である。図１１の電極構造は図１にあるように垂直転送部３の垂直転送段の各々を、Ｖ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成したものである。ただし、垂直最終段のみは、他の垂直転送段と電極構造が異なっている。すなわち、垂直最終段の第２列は、他の垂直転送段並びに垂直最終段における他の列（第１列および第３列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極とは異なる島状孤立電極（Ｖ３２、Ｖ５２）により構成されている。また、垂直最終段の第３列は、他の垂直転送段並びに垂直最終段における他の列（第１列および第２列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極並びに第２列の島状孤立電極のいずれとも異なる島状孤立電極（Ｖ３３、Ｖ５３）により構成されている。なお、垂直最終段の第１列は、他の垂直転送段と同様に、Ｖ１〜Ｖ６の共通電極により構成されている。そして、垂直最終段の６枚の電極中、水平転送部４から島状孤立電極より遠い側にあり６枚目に当たる第１相相当は、他の垂直転送段の第１相と同一の転送パルスが印加されている。
【００７４】
図１２から図１７は別の例の垂直転送部各列の電荷転送を具体的に示した図である。図１２から図１４は垂直転送部の第１列から第３列を同時に示したもので、垂直転送部３列共が水平転送部に転送されるまでの前ステップを紙面の関係で３つに分割して表している。図１５から図１７はそれを各列毎に示したものである。いずれの図においても図３から図８の説明で示したように、信号電荷が各転送のステップ毎に６相ある電極のうちどこに存在するかを示している。
【００７５】
このとき、信号電荷は最終転送段においてもそれ以外の垂直転送段においても２電極の電極下に蓄積される転送タイミングとなっている。
【００７６】
図１８は単独トランジェント電極ＶＴが存在しない他の例を示した電極構成図である。図１８の電極構造は図１にあるように垂直転送部３の垂直転送段の各々を、Ｖ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成したものであり、垂直最終段のみは他の垂直転送段と電極構造が異なっている。すなわち、垂直最終段の第２列、第３列はそれぞれ、第１相、第３相、第５相が、共通電極とは異なる島状孤立電極により構成されている。これらは第２列、第３列それぞれ、第１相、第３相、第５相に相当する電極が、Ｖ１２、Ｖ３２、Ｖ５２とＶ１３、Ｖ３３、Ｖ５３により構成されている。この例では、６相の半分の３相の電極が島状孤立電極を備えている。
【００７７】
図１９から図２４は図１８における電極構成での垂直転送部各列の電荷転送を具体的に示した図であり、図１９から図２１は垂直転送部の第１列から第３列を同時に示したもので、垂直転送部３列共が水平転送部に転送されるまでの前ステップを紙面の関係で３つに分割して表している。図２２から図２４はそれを各列毎に示したものである。
【００７８】
このとき、信号電荷は最終転送段においてもそれ以外の垂直転送段においても４電極の電極下に蓄積される転送タイミングとなっている。
【００７９】
このような電極構造をとることにより、３列ごとの垂直最終段の第２および第３列に独立して転送動作を行わせることが可能となり、図２９〜図３９に示したような転送動作を実現できる。
【００８０】
以上のように構成された固体撮像装置において、信号電荷の蓄積される転送電極数と追加が必要な端子数（独立な電極種類数）をまとめると以下のようになる。すなわち、本発明の実施例では、転送電極数は通常の垂直転送段では４電極、最終転送段では２電極であり、追加が必要な端子数は５電極である。
【００８１】
図１１の例の固体撮像装置では転送電極数は通常の垂直転送段と最終転送段は同じで２電極であり、追加が必要な端子数は４電極である。
【００８２】
図１８の例の固体撮像装置では転送電極数は通常の垂直転送段と最終転送段は同じで４電極であり、追加が必要な端子数は５電極である。
【００８３】
通常６相の垂直転送電極構造であれば信号電荷が蓄積される転送電極数は４電極が可能であり、図１１の例の固体撮像装置では電極数は１／２に減少する。これにより、図１１の例の固体撮像装置の電極構造では転送できる転送容量が減少し、飽和信号量が減少しダイナミックレンジが減少してしまう不具合が存在する。特に、通常の垂直転送段における転送容量の減少により、飽和時の転送劣化が顕著になり画面の上下で信号量が食い違いシェーディング状の画像不具合を発生させる。
【００８４】
図２５、図２６は転送電極下に電荷が蓄積される様子を示した模式図である。
【００８５】
図２５は４電極下に電荷が蓄積されている様子であり、図２６は１電極下の深さ方向のポテンシャル図である。
【００８６】
シリコン基板の酸化膜との界面では界面準位のため電荷のトラップが起こる。電荷量が増加していくとポテンシャルの高い電荷が界面準位にトラップされる様になる。このトラップされた電荷は転送されにくく、電極の電圧レベルにより発生したホールと再結合し消滅することがある。これが起こると飽和電荷が転送中に各電極下で電荷の消滅が起こり、電荷量が減少していく現象が発生する。これが画面上下の信号量の食い違い、すなわちシェーディング状の画像不具合の原因と考えられている。これが発生しない転送量を埋め込みチャンネル転送容量という。ちなみにホールとの再結合が発生していてもトラップ電荷を消滅させることで転送漏れを防止することのできる転送容量を表面チャンネル転送容量という。
【００８７】
４電極下では転送容量が十分にあるため上記の不具合が発生することはまれであるが、２電極に減少すると先の埋め込みチャンネル転送容量の制限により同一量の電荷は扱うことができず、ダイナミックレンジの大幅減少となってしまう。
【００８８】
図１８の例の固体撮像装置の電極構造であれば転送電極数は４電極が確保されているので、ダイナミックレンジの減少は起こらない。
【００８９】
しかしながら、追加端子数は６端子になり、しかも島状孤立電極が垂直方向に３電極となる。これが水平方向に少なくとも３種類の独立した島状孤立電極が存在するので合計９本の配線が必要になってくる。島状孤立電極は垂直方向２電極毎に存在するので、単位画素あたりに２電極の構成の本実施例では、単位画素あたりにサブミクロンの配線を３本レイアウトする必要があるが、単位画素サイズが５ミクロン以下になってくるとプロセスの複雑化を伴わずに配線することはほぼ不可能である。
【００９０】
これに対して、本発明の実施例であれば、島状孤立電極の増加は４電極でこれは図１１の例と同等であり、これに共通であるが他の垂直転送段にない単独トランジェント電極分の端子追加でよい。これは島状孤立電極ではないので従来の製造方法でも形成することができ、製造工数を増加することが避けられる。これは同一の垂直転送部に島状孤立電極が２電極までになっていることが大きな要因である。すなわち、平面的には各孤立電極への配線が有効画素側からの配線と水平転送部側からの２方向から配線することができるので、同一垂直転送部には島状孤立電極は２電極までであれば製造工数の増加が無く実現可能である。
【００９１】
また、電荷の蓄積電極数にしても通常の垂直転送段は４電極が確保され、先のシェーディング状の画像不具合は防止できる。最終転送段のみは２電極であるが、１段のみであるので界面準位への電荷トラップがあっても画面上下の信号量差異を引き起こすことはなく、最大取り扱い電荷量としては埋め込みチャンネル転送容量より大きい、表面チャンネル転送容量を利用することで画面上の不具合は回避することができる。
【００９２】
なお本発明の電極構造は、図２に示すように、垂直最終段の第１列も、第３相および第５相を島状孤立電極（Ｖ３１、Ｖ５１）により構成しても良い。この構成を採用した場合、図３３に示した状態では全ての垂直転送部３に同時に転送動作を行わせたところを、第１列のみに転送動作を行わせてから、全垂直転送段による１段転送を行うようにしても良い。
【００９３】
このときでもＶ３１、Ｖ５１への配線は端子数の増加にはなるが、同一垂直転送部に存在する島状孤立電極が２電極までであるので、先の理由と同等で製造工数を増やすことなく配線することが可能である。
【００９４】
図９、図１０は本発明第１の実施の形態における詳細な電極レイアウトを示した図である。６相駆動の固体撮像装置を示した両図において、１つの受光素子に対して２つの電極により構成され、Ｖ１からＶ６で単位垂直転送段を形成している。そのうち水平転送部に隣接した最終転送段ではＶ３、Ｖ５に当たる転送電極が島状孤立電極を備え、垂直転送部第１列から第３列にそれぞれ対応した島状孤立電極がそれぞれ、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ３２、Ｖ５２、Ｖ３３、Ｖ５３電極を形成している。Ｖ３、Ｖ５電極は他の垂直転送段にある共通電極Ｖ３、Ｖ５の配線に接続されている。
【００９５】
島状孤立電極への配線は、有効画素であれば受光素子が存在するダミー受光素子領域上に配線から電極へのコンタクトが形成されており、これにより、垂直転送部直上の電極を制御する。通常、受光素子と垂直転送部との境界部は、片側が受光素子で発生、蓄積された信号電荷を転送するためのトランスファー領域であり、反対側には受光素子と垂直転送部を分離する素子分離領域を備える。上記のコンタクトは垂直転送部からトランスファー領域を挟んでダミー受光素子直上の電極に形成してもよいし（図９）、その逆に垂直転送部から素子分離領域を挟んでダミー受光素子直上の電極に形成してもよい（図１０）が、図１０の構成であればより転送パルスの電圧変動に対して安定な構成ができる。すなわち、トランスファー領域より素子分離領域の方が受光素子と垂直転送部との間の不純物濃度を高めて電位的に安定にしているので、ダミー受光素子で発生した暗信号やスミア信号などの擬信号が垂直転送部に進入しにくくなっている。
【００９６】
図９もしくは図１０の電極構成では、電極が長短一対のものを備えており、長い方の電極に島状孤立電極を形成し、さらにコンタクトを形成している。これにより、コンタクト形成時のあわせズレ、寸法仕上がり公差による配線ショート等の不具合に対する形成マージンを高め、製造歩留まりを良化する効果が大きい。
【００９７】
また、島状孤立電極への配線は、水平転送部に近い側の電極Ｖ５、Ｖ５２、Ｖ５３へは水平転送部越しに配線をおこない、水平転送部から遠い側の電極Ｖ３、Ｖ３２、Ｖ３３へはそのまた遠い側から配線を行っている。これにより、同一垂直転送部にある島状孤立電極への配線を特別な製造方法でなく可能にすることができ、結果として大幅なコストダウンを実現している。
【００９８】
なお、垂直最終段の電極長は他の垂直転送段より長く設定すると、最終転送段での電荷蓄積電極数が２電極に減少する中で転送容量アップにつながる。このときには電極長の増加による転送効率の劣化を考慮し、電極内部にポテンシャルの傾斜ができるように、不純物濃度の違いを同一電極内に設けたり、その不純物分布のパターンを転送方向に対して９０°からずらした境界線となるように設けたりすることが有効である。
【００９９】
また、垂直最終段の電極数を他の垂直転送段より増加させることも垂直転送段中の電荷蓄積転送電極数を増加させることができ、該最終段での転送容量アップを図ることができ有効である。
【０１００】
これは例えば、垂直最終段の電極数を１電極増加させ、単独トランジェント電極を複数備えることで実現できる。２電極の単独トランジェント電極のうち１電極を最終段とそれ以前の垂直転送段とのバリア電極として、他の単独トランジェント電極を蓄積電極増加として機能させることで転送容量を増加できる。
【０１０１】
また、垂直最終段の電極数を２電極増加させ、単独トランジェント電極を３電極とて電荷蓄積電極数を増加させてもよい。
【０１０２】
なお、単独トランジェント電極を複数備えるときには、複数有る単独トランジェント電極の内少なくとも１電極が、島状孤立電極より水平転送部から遠い側に配置されていれば良く、その他の単独トランジェント電極が島状孤立電極の中間に配していても、水平転送部から最も遠い単独トランジェント電極が他の垂直転送段にある信号電荷とのバリア電極としての働きを持つことで同様の本発明の効果を持つことは言うまでもない。
【０１０３】
また、本発明の実施例にては水平方向の信号電荷の混合を水平転送部を利用して行っているが、これが垂直転送部の中間に位置する水平転送の機能を持つ混合転送部であっても同様であるし、該混合転送部から更に垂直転送部を転送し水平転送部に転送する構造の固体撮像装置であっても良い。
【０１０４】
なお、本発明の実施の形態において、上層部にある金属配線とコンタクトを形成するためには上層部にある転送電極が孤立電極である方が形成しやすいこともあるが、これに限るものではない。また、第１、第２の転送電極とは形成順序を示すものではない。
【０１０５】
なお、垂直転送部３が６相駆動の場合、垂直最終段の第２列および第３列（あるいは第１〜第３列の全て）における６枚の電極のうち、２枚あるいは３枚が、島状孤立電極であることが好ましい。これら２枚あるいは３枚の島状孤立電極は、互いに隣接していてもかまわないが、製造プロセスを考慮すれば、島状孤立電極間に少なくとも１枚の共通電極が介在している方が好ましい。
【０１０６】
従って、６相駆動の場合は、例えば図１および図２にそれぞれ示すように、水平転送部４側に近い方から２番目および４番目を独立電極とした構成、を独立電極とした構成が好ましい。ただし、垂直最終段の電極構造は、これらの具体例に限定されない。
【０１０７】
また、本実施形態では、６相駆動の電極構造を例示したが、３相または４相であっても構わない。ただし、３相または４相駆動の場合、独立電極の数は２枚となる。
【０１０８】
図４４は、水平空間周波数応答を示したグラフであり、ｇ１は画素混合をしない全画素の場合の周波数応答である。全画素ナイキスト周波数Ｆは、全画素サンプリング周波数ｆと、Ｆ＝１／２×ｆの関係がある。間引き等により通常の１／３の周波数でサンプリングする場合、ナイキスト周波数１／３Ｆを境に高域成分が折り返されるため、２／３Ｆの成分がＤＣ成分に加わる。図４４のｇ２は、前述した特許文献１のように水平３画素の両端の２画素を混合する場合の周波数応答である。この場合、ナイキスト周波数は１／３Ｆとなり、２／３Ｆの成分が約０．２５のため、ＤＣへ折り返り偽信号を発生する。図４４のｇ３は、本発明における１画素おきの３画素混合の場合の周波数応答である。ナイキスト周波数は、１／３Ｆとなるが、２／３Ｆの成分が０であるため、ＤＣへの折り返し成分はほとんどない。図４４に示すように、固体撮像装置１によれば、モワレや偽信号が少ない高品質な画像信号を得ることができる。
【０１０９】
なお、上述の実施形態では、水平方向に３画素を混合するための構成および駆動方法について説明したが、本発明はこれに限るものでない。
【０１１０】
また、本発明は、図２７に示したようなフィルタ配列の固体撮像装置に限定されるものではなく、他の配列にも適用可能である。さらに、カラーフィルタを用いないモノクロ画像の固体撮像装置にも適用できる。
【０１１１】
また、本実施形態で説明した固体撮像装置をディジタルカメラに適用すれば、固体撮像装置から高速にデータが出力されるので、高速動作が可能であり、かつ、画質に優れたディジタルカメラを実現できる。本発明の高速動作と通常の全画素読み出し動作を切り替えて使用することができるため、動画（高速動作）モードと静止画（全画素読み出し動作）モードを兼ね備えたディジタルカメラを実現できる。図４５に、本発明にかかるディジタルカメラの構成例を示す。本ディジタルカメラは、被写体からの入射光を固体撮像装置１の撮像面に結像するためのレンズなどを含む光学系３１と、固体撮像装置１の駆動を制御する制御部３２と、固体撮像装置１からの出力信号に対して様々な信号処理を施す画像処理部３３とを備えている。
【０１１２】
なお、本発明にかかるディジタルカメラは、固体撮像装置にカラーフィルタを設けず、水平方向において連続する画素を混合する場合は、ダイクロイックミラー等を用いることによってカラー化することができる（いわゆる３板式カラーカメラ）。さらに、３板式カラーカメラの場合、ｋ＝２として、画素混合を行わない第１のモードと、垂直方向に隣接する２画素および水平方向に隣接する２画素を混合する第２のモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられることが好ましい。
【０１１３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置について、以下に説明する。
【０１１４】
本実施形態にかかる固体撮像装置の基本的な構造は、第１の実施形態にかかる固体撮像装置（図１参照）とほぼ同様である。ただし、垂直転送部３および水平転送部４の駆動方法が、第１の実施形態と異なっている。
【０１１５】
また、本実施形態の固体撮像装置は、垂直最終段がｋ（ｋは２以上の整数）列毎に同じ転送電極構造を有し、上記ｋ列の全ての垂直最終段に、水平転送部４への転送動作を他の列とは独立して制御するために、垂直最終段の他の列から独立した転送電極が設けられた構成である。ここで、ｋ＝３である場合を具体例としてあげて、本実施形態の固体撮像装置の構成および動作について説明する。ｋ＝３の場合、本固体撮像装置の構成は、第１の実施形態において図１に示したものと同様である。
【０１１６】
ここで、図４６〜図６３を参照し、本実施形態の固体撮像装置の動作について説明する。図４６〜図６３では、垂直転送部３へ読み出された信号電荷のそれぞれに番号を付し、この番号によって信号電荷の移動を示した。なお、図４６等では８×８画素のみを示したが、番号１８，２８，…８８の列の右側に、番号１９，２９，…８９の列があり、さらにその右側に番号１１０，２１０，…８１０の列、さらにその右側に番号１１１，２１１，…８１１の列が続いているものとする。
【０１１７】
図４６は、光電変換部２の各画素から、垂直転送部３へ信号電荷が読み出された状態を示す。この状態から、まず、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極を、３列毎に１列だけ転送動作させることにより、図４７に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、３列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。次に、図４８に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。
【０１１８】
さらに、図４９に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極を、３列毎に１列（図４７において転送した列とは異なる列）だけ転送動作させることにより、垂直転
送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、３列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。これにより、水平転送部４において、３列毎に２列分の信号電荷が混合されることとなる。次に、図５０に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。
【０１１９】
次に、図５１に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極を、３列毎に１列（図４７、図４９において転送した列とは異なる列）だけ転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、３列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。以上の転送動作により、図５１に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷が、３列毎に、水平転送部４で混合されることとなる。
【０１２０】
次に、図５２に示すように、垂直転送部３の全ての転送段に、垂直最終段へ向けて１段分の垂直転送を行わせる。
【０１２１】
そして、図５２において垂直最終段に位置する信号電荷（２１〜２８）について、上記と同様の手順で垂直転送と水平転送とを繰り返すことにより（図５３〜図５７）、これらの信号電荷を３列毎に水平転送部４で混合する。
【０１２２】
さらに、図５８に示すように、垂直転送部３の全ての転送段に、垂直最終段へ向けて１段分の垂直転送を行わせ、上記と同様の手順で垂直最終段に位置する信号電荷（３１〜３８）について垂直転送と水平転送とを繰り返すことにより（図５８〜図６３）、これらの信号電荷を３列毎に水平転送部４で混合する。
【０１２３】
図６３に示すとおりに水平転送部４で混合された３段分の信号電荷は、この後、水平転送部４から順次出力される。
【０１２４】
以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、３画素混合を実現することができる。
【０１２５】
なお、本実施形態では、水平方向に隣接する３画素ずつを水平転送部４内で混合する例を示したが、混合される画素は必ずしも隣接していなくとも良い。例えば、カラーフィルタが設けられている場合は、同色フィルタの画素同士を混合することが好ましい。逆に、カラーフィルタを用いない固体撮像装置の場合は、隣接画素を混合する方が、空間周波数特性が劣化しない点で好ましい。
【０１２６】
本実施形態では、ｋ＝３の例を説明したが、ｋ＝２の場合あるいはｋが４以上の場合であっても、ｋ列中の１列の信号電荷の垂直転送と水平転送とを繰り返すことによってｋ画素混合を実現できることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。
【０１２７】
また、例えばｋ＝６の場合、すなわち、垂直最終段の転送電極が６列毎に同じ転送電極構造を有し、前記６列中の５列あるいは全列が、他の列とは独立に水平転送部への転送動作が行えるように、他の列から独立した転送電極として構成されている場合、垂直転送部３および水平転送部４への制御信号のパターンを切り替えることにより、６画素混合、３画素混合、２画素混合、画素混合なし、の４種類のモードでの動作が可能である。すなわち、理論的には、垂直最終段の転送電極のうち、同じ構造をとる単位（本数）の約数に相当する画素を混合するモードを、任意に実現することができる。
【０１２８】
上述の複数混合モードについて、例えば、図６４に示すような、いわゆるベイヤ配列のカラーフィルタが設けられている場合を例にあげて説明する。図６４において、Ｒ，Ｇ，Ｂの記号が各画素に対応するフィルタの色を表す。この場合、ｋ＝１２、すなわち、
垂直最終段の転送電極が１２列毎に同じ転送電極構造を有し、前記１２列中の１１列あるいは全列が、他の列とは独立に水平転送部への転送動作が行えるように、他の列から独立した転送電極として構成されている固体撮像装置を用いて、９画素混合モードと４画素混合モードを実現できる。９画素混合モードでは、水平方向に１画素おきに３画素分、垂直方向に１段おきに３段分の合計９画素を混合することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの色別に９画素ずつが混合されることとなる。一方、４画素混合モードでは、水平方向に１画素おきに２画素分、垂直方向に１段おきに２段分の合計４画素を混合することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの色別に４画素ずつが混合されることとなる。
【０１２９】
なお、上述の場合において、垂直方向の画素混合は、垂直転送段内で行っても良いし、水平転送部内で行っても良い。
【０１３０】
（第３の実施形態）
本発明のさらに他の実施形態にかかる固体撮像装置について説明する。
【０１３１】
本実施形態の固体撮像装置は、第２の実施形態と同様の構成を有するが、混合される画素の組み合わせが各段において異なっている点において、第２の実施形態と異なっている。
【０１３２】
ここで、ｋ＝２の場合について、図６５〜図７３を参照しながら、具体的な動作を説明する。図６５〜図７３においても、垂直転送部３へ読み出された信号電荷のそれぞれに番号を付し、この番号によって信号電荷の移動を示した。なお、図６５等では８×８画素のみを示したが、番号１８，２８，…８８の列の右側に、番号１９，２９，…８９の列があり、さらにその右側に番号１１０，２１０，…８１０の列が続いているものとする。
【０１３３】
図６５は、光電変換部２の各画素から、垂直転送部３へ信号電荷が読み出された状態を示す。この状態から、まず、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、図６６に示すように、偶数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。次に、図６７に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。
【０１３４】
そして、図６８に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、奇数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。これにより、水平転送部４内で、垂直最終段の信号電荷が２列毎に混合されることとなる。
【０１３５】
次に、図６９に示すように、垂直転送部３の全ての転送段に、垂直最終段へ向けて１段分の垂直転送を行わせる。そして、図７０に示すように、水平転送部４内の信号電荷を順方向へ１画素分だけ水平転送した後、図７１に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、奇数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。そして、図７２に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。次に、図７３に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、偶数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。これにより、水平転送部４内で、垂直最終段の信号電荷が２列毎に混合されることとなる。
【０１３６】
以下、図６５〜図７３と同様の動作を繰り返す。
【０１３７】
この手順により、本実施形態では、奇数段の信号電荷（図６５に示した番号ｘ１〜ｘ８の信号電荷であって、ｘが奇数のもの）は、番号ｘ１と番号ｘ２、番号ｘ３と番号ｘ４、番号ｘ５と番号ｘ６、番号ｘ７と番号ｘ８の組み合わせで２画素毎に混合される。一方、偶数段の信号電荷（図６５に示した番号ｘ１〜ｘ８の信号電荷であって、ｘが偶数のもの）は、番号ｘ２と番号ｘ３、番号ｘ４と番号ｘ５、番号ｘ６と番号ｘ７、番号ｘ８と番号ｘ９の組み合わせで２画素毎に混合される。
【０１３８】
これにより、図７４に丸印で示すように、奇数段で混合される２画素の重心位置と、偶数段で混合される２画素の重心位置とが、交互にバランス良く配置されることとなる。このように、混合される画素群の重心位置が水平方向に等間隔になるようにすることで、視覚的な解像度が向上し、より鮮明な画像が得られるという利点がある。
【０１３９】
なお、第１の実施形態にかかる固体撮像装置と同様に、第２および第３の実施形態にかかる固体撮像装置をディジタルカメラに適用すれば（図４５参照）、固体撮像装置から高速にデータが出力されるので、高速動作が可能であり、かつ、画質に優れたディジタルカメラを実現できる。また、本発明の高速動作と通常の全画素読み出し動作を切り替えて使用することができるため、動画（高速動作）モードと静止画（全画素読み出し動作）モードを兼ね備えたディジタルカメラを実現できる。
【０１４０】
なお、第１〜第３の実施形態にかかる固体撮像装置であって、画素混合を行わずに全画素の信号電荷を出力するモードと、４画素混合を行うモードとを切り替え可能な固体撮像装置を用いてディジタルカメラを構成することも好ましい。このようなディジタルカメラでは、例えば、画素混合を行わないモードではＨＤＴＶ動画モード（垂直方向１０００画素×水平方向２０００画素）での画像出力、４画素混合を行うモードではＳＤＴＶ動画モード（垂直方向５００画素×水平方向１０００画素）での画像出力が可能となる。ＨＤＴＶ動画モードでは高解像度な画像を出力でき、ＳＤＴＶ動画モードでは高感度かつ高フレームレートの画像出力が可能である。
【０１４１】
また、８００万画素相当以上の固体撮像装置において、より具体的には垂直の画素数が２１６０画素以上、水平の画素数が３８４０画素以上有する固体撮像装置において、垂直３画素×水平３画素の合計９画素を混合することによる走査線数が７２０本のＴＶフォーマットの撮像モードと、垂直２画素×水平２画素の４画素を混合することによる走査線が１０８０本のＴＶフォーマットの撮像モードとの少なくとも２モードを選択的に切り替えられるように構成することにより、高解像度な画像出力モードと高感度かつ高フレームレートの画像出力モードの切り替えが可能である。
【０１４２】
さらに、垂直４画素×水平４画素の１６画素を混合する撮像モードを有することにより、走査線数が４８０本のＮＴＳＣ方式あるいは５７５本のＰＡＬ方式の走査線数の撮像モードを実現することができる。
【０１４３】
なお、このようなディジタルカメラは、固体撮像装置にカラーフィルタが設けられた構成であっても良いし、固体撮像装置にはカラーフィルタを設けずに、ダイクロイックミラーを用いて分光することによりカラー映像を得る、いわゆる三板式カメラであっても良い。前述したように、固体撮像装置にカラーフィルタが設けられている場合は、同色フィルタの画素同士を混合することが好ましく、三板式カメラの場合は、互いに隣接する複数画素を混合することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本発明は、少なくとも水平方向の画素数を削減することにより、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電極構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電極構成を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電荷転送状況を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電荷転送状況を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電荷転送状況を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電荷転送状況を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電荷転送状況を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態の固体撮像装置の電荷転送状況を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態の固体撮像装置の詳細な電極レイアウトを示す平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の固体撮像装置の詳細な電極レイアウトを示す平面図である。
【図１１】単独トランジェント電極が存在しない一固体撮像装置の電極構成を示す平面図である。
【図１２】図１１における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図１３】図１１における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図１４】図１１における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図１５】図１１における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図１６】図１１における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図１７】図１１における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図１８】単独トランジェント電極が存在しない一固体撮像装置の電極構成を示す平面図である。
【図１９】図１８における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図２０】図１８における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図２１】図１８における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図２２】図１８における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図２３】図１８における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図２４】図１８における固体撮像装置の電荷転送状況の一例を示す図である。
【図２５】転送電極下の電荷状態を示す図である。
【図２６】転送電極下のポテンシャル概略図である。
【図２７】本発明の一実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【図２８】本発明の一実施形態の固体撮像装置によって混合される画素の組み合わせを示す説明図である。
【図２９】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３０】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３１】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３２】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３３】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３４】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３５】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３６】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３７】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３８】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図３９】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図４０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図４１】本発明の一実施形態の固体撮像装置において混合される画素の組み合わせ（混合画素群）の一例を示す説明図である。
【図４２】本発明の一実施形態の固体撮像装置において混合される画素の組み合わせ（混合画素群）の一例を示す説明図である。
【図４３】本発明の一実施形態の固体撮像装置において混合される画素の組み合わせ（混合画素群）の一例を示す説明図である。
【図４４】本発明の一実施形態の固体撮像装置の空間周波数応答を示すグラフである。
【図４５】本発明の一実施形態にかかるカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図４６】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図４７】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図４８】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図４９】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５０】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５１】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５２】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５３】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５４】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５５】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５６】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５７】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５８】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図５９】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６０】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６１】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６２】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６３】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６４】本発明の一実施形態の固体撮像装置に適用されるカラーフィルタの一例を示す説明図である。
【図６５】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６６】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６７】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６８】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図６９】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図７０】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図７１】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図７２】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図７３】本発明の一実施形態の固体撮像装置による画素混合動作の一手順を示す説明図である。
【図７４】図６５〜図７３に示す手順の繰り返しによって混合される画素の重心位置を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１    固体撮像装置
２    受光素子
３    垂直転送部
４    水平転送部
３１  光学系
３２  制御部
３３  画像処理部